Спосіб захисту вертикальних шахтових стовбурів, використовуваних під заглибні насоси

Спосіб захисту вертикальних шахтових стовбурів, використовуваних під заглибні насоси, який відрізняється тим, що вибирають рівень затоплення стовбура так, щоб розрахункова товщина кріплення вертикальної виробки 6 m a 2 - m a 3 ' відповідно коефіцієнти, що враховують тривале навантаження, умову для наростання міцності і температурні коливання; Rnp - розрахунковий опір кріплення стисненню; m кр - коефіцієнт концентрації напружень в конструкції кріплення; Р - горизонтальний тиск, що визначається як сумарний від тиску порід і зовнішнього напору підземних вод; 5 п б - товщина породобетонної оболонки; Рв - тиск води на внутрішню стінку кріплення стовбура в результаті підвищення стовпа рідини. вування даного інженерного рішення є зниження фізико-механічних характеристик порід вміщуючого стовбури масиву з причини їх обводнення, що в свою чергу призводить до істотного збільшення радіального тиску на кріплення і, відповідно, до зниження довготривалої стійкості об'єкта в цілому. Таким чином, ставиться під загрозу можливість відкачування води у принципі. Основною задачею корисної моделі є створення способу захисту вертикальних шахтових стовбурів, використовуваних під заглибні насоси, при якому шляхом всебічного аналізу гідрогеологічної, гірничотехнічної і геомеханічної ситуації здійснюється оптимальний вибір рівня затоплення, що забезпечує збереження і навіть підвищення стійкості системи "кріплення стовбура - масив". Поставлена задача розв'язується тим, що в способі захисту вертикальних шахтових стовбурів, використовуваних під заглибні насоси, згідно з корисною моделлю, вибирають рівень затоплення стовбура так, щоб розрахункова товщина кріплення вертикальної виробки 5^ по всій глибині стовбура не перевищувала існуючої товщини кріплен CD CO CM О) 11236 ня, а розрахунок 8k для кожного породного шару виконують за формулою 5k=1,25r0 n_oR Р_ | щини кріплення вертикальної виробки 5^, з урар хуванням тиску води в , набуває такого вигляду: -1 -5пб V ^о1^о2^оЗ пр ~ 2kpP + Рв і V" 1 / де го - радіус стовбура в світлі; m o 1 > m a2> m a 3 " відповідно коефіцієнти, що враховують тривале навантаження, умову для наростання міцності і температурні коливання; R n p - розрахунковий опір кріплення стисненню; де го - радіус стовбура в світлі; m a 1 > m a 2 > m a 3 ' відповідно коефіцієнти, що враховують тривале навантаження, умову для наростання міцності і температурні коливання, що приймаються відповідно до глави БНіП по проектуванню бетонних і залізобетонних конструкцій [1]; R n p - розрахунковий опір кріплення стиснен кр - коефіцієнт концентрації напружень в конструкції кришення; Р - радіальний тиск, що визначається як сумарний від тиску порід і зовнішнього напору підземних вод; 8 п б - товщина породобетонної оболонки; Рв - тиск води на внутрішню стінку кріплення стовбура в результаті підвищення стовпа рідини. При використовуванні заглибних насосів доступ в стовбур практично нездійсненний і, отже, відсутня можливість регламентного огляду і ремонту кріплення, як це робиться на діючій шахті. Практично єдиним параметром, що дозволяє активно управляти напружено-деформованим станом масиву і кріплення в даному випадку є вибір рівня затоплення стовбура (горизонту відкачування). Рішення питання полягає у використовуванні подвійності впливу затоплення на стійкість системи в цілому. З одного боку, як указувалося вище, затоплення спричиняє збільшення зовнішнього тиску на кріплення стовбура з боку породного масиву за рахунок ослаблення його фізикомеханічних характеристик. З другого боку, вода, заповнюючи стовбур, підвищує його стійкість за рахунок збільшення внутрішнього рівня тиску на кріплення виробки, на противагу зовнішньому тиску. Встановлено, що в процесі затоплення темп збільшення внутрішньої протидії навантаженням істотно вище темпу збільшення зовнішнього тиску на кріплення стовбура унаслідок обводнення порід. Тим самим з'являється принципова можливість підвищення стійкості стовбура в цілому шляхом варіювання рівня затоплення. При оцінці довготривалої стійкості системи "стовбур - масив" був використаний розрахунок очікуваних навантажень на кріплення згідно з [1]. У використаний розрахунок очікуваних навантажень на кріплення згідно з [1]. У розрахунку враховувався вплив геологічних, гірничотехнічних і гідравлічних чинників (шаруватість, міцнісні властивості порід, кут залягання, вплив сполучень, порушень кріплення стовбура, очисних робіт, рівень затоплення, знеміцнення обводнених порід, їхні фільтраційні властивості і т.п.). У районі дзеркала води значно зростають навантаження на кріплення стовбура, що особливо яскраво виявляється в тих місцях, де обводнені слабкі за міцністю породи. Потім у міру підвищення рівня води тиск стовпа рідини протидіятиме зростанню напружень і, зрештою, компенсуватиме їх. Виходячи з цього розрахункова формула тов moimo2ma3Rnp - 2k p P + Рв ню; кр - коефіцієнт концентрації напружень в конструкції кріплення; Р - горизонтальний тиск, що визначається як сумарний від тиску порід і зовнішнього напору підземних вод; 8 п б - товщина породобетонної оболонки. При цьому основним стає питання вибору рівня дзеркала води таким чином, щоб, з одного боку, забезпечити екологічну безпеку і запобігти загрозі затоплення сусідніх діючих вугільних підприємств, а з іншою, зберегти стійкість системи "кріплення стовбура - масив" при її обводненні. Проілюструємо дію запропонованого методу на прикладі вибору оптимального рівня затоплення для клітьового стовбура шахти "Жовтнева", наміченого для використовування під заглибні насоси. Клітьовий стовбур пройдений в 1961-1963рр. на глибину 566м, діаметром в світлі 5,5м, має сполучення з горизонтами 225, 385 і 547м. Спочатку рівень дзеркала води в стовбурі шахти "Жовтнева" запроектовано було утримувати з використанням заглибних насосів на глибині 365м, для запобігання затопленню сусідньої шахти "Жовтневий рудник" (шахти мають гідравлічні зв'язки вище цієї глибини). На (Фіг. 1-4) представлені результати динамічного аналізу поведінки системи "кріплення стовбура - масив", проведеного відповідно до наведених вище положень, при послідовній зміні рівня затоплення стовбура. На (Фіг.1) наведені гістограма розрахунку необхідної товщини кріплення 8к при глибині затоплення 500м і пряма існуючої товщини кріплення 8j (бетон 0,4м). Із зіставлення цих двох графіків видно, що в цьому випадку виникає нестійка зона на ділянці залягання слабкого за міцністю аргіліту в інтервалі глибин 523-529М (тобто не виконується умова 8k < 8j). При рівні затоплення 400м (Фіг.2) виконується умова 8k .1» 41! «Й »1 S» SC 555 оеі спюта, м Комп'ютерна верстка Л.ЛИТВИНЄНКО Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освгти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601